불소이온을 함유한 연마용 버 재료의 항균력 연구

서론

치아 우식증은 유년, 청소년기에 가장 호발하는 질환이며, 두 번째로 호발하는 천식보다 발생율이 5배에서 8배 높다.¹ 치아 우 식증의 치료는 대부분 우식 부위를 버로 제거하고, 그 부위를 레 진으로 수복하는 과정을 거친다. 이때 수복물의 모양을 형성하 고 다듬기 위해 버의 사용은 필수적이다. 연마용 버는 절삭용 두 부의 형태가 아닌 치태 제거 및 레진의 연마, 치아 광택을 위한 여 러가지 형태의 회전용 버를 일컫는 말로서 치아 수복물 등의 마 무리나 광택을 주목적으로 만들어진 기구이다. 금속 및 복합소 재(우레탄, 실리콘, 실리케이트 등)를 이용하여 치아를 연마하는 방법은 오래 전부터 임상에서 사용되어 왔는데, 치아의 세밀한 마무리 및 처치(치태 제거)를 위한 복합소재의 버는 뛰어난 효과

및 가용성으로 인해 치아 연마에 아주 적합한 재료로 꾸준하게 사용되고 있는 재료이다.

불소는 치과 재료 및 구강 보건 분야에서 많이 쓰이는 항균성 재료이다. 국가적으로 상수도 불소화 사업으로 이미 치아 우식 증의 예방 효과를 검증하였으며, 흔히 환자들은 불소함유 치약 을 이용한다.² 국가적인 사업 외에 치과 치료실에서는 연마재, 심 미 수복용 복합레진, 치과용 시멘트 등에 이용되며 불소 바니쉬 를 치아에 도포하는 치료는 매우 대중화된 치아 우식증 예방치 료이다.³ 하지만 치료실에서 하는 예방 치료는 추가적인 치과 내 원이 필요하며, 유청소년기의 치과에 대한 공포감 등을 고려할 때 애로점이 있다. 만약 충치 치료에 이용되는 연마용 버에 불소 를 함유시킨다면 치료와 동시에 예방효과를 얻을 수 있을 것이 라 생각된다. 이에 이번 연구에서는 충치 치료시 반드시 사용되

불소이온을 함유한 연마용 버 재료의 항균력 연구

정인선¹ 김지현² 윤귀덕²*

1 전남대학교 일반대학원 의공학협동과정, ²전남대학교 치의학전문대학원 치과보철학교실

Antimicrobial activity of dental polishing bur material with fluoride ion

Insun Jeong¹, Ji-Hyun Kim², Kwi-Dug Yun²*

1Interdisciplinary Program of Biomedical Engineering, Chonnam National University Graduate School, Gwangju, Republic of Korea

2Department of Prosthodontics, School of Dentistry, Chonnam National University, Gwangju, Republic of Korea

Purpose: The purpose of this study is to evaluate the antimicrobial activity on the dental bur with fluoride for S. mutans. Materials and methods: 0 ppm, 300 ppm, 500 ppm, 1,000 ppm, 1,450 ppm fluoride ion is added to a specimen. S. mutans was incubated for 24 hours, the number of S. mutans were counted. Kruskal-Wallis and Mann- Whitney analysis were used SPSS 25.0 (IBM SPSS 25.0, Chicago, IL, USA). Results: The mean S. mutans counts of 0 ppm, 300 ppm, 500 ppm, 1,000 ppm, and 1,450 ppm were 374.0 ± 12.6, 251.0 ± 66.7, 111.4 ± 35.6, 41.6 ± 11.7 and 13.2 ± 4.6, respectively. All groups except the control and 300 ppm showed statistically significant.

Conclusion: Thus, more than 500 ppm fluoride ion showed the statistically significant antimicrobial activity. 1,450 ppm group showed the highest antimicrobial activity. This study showed the clinical possibility for dental caries protection and antimicrobial activity of dental bur. (J Korean Acad Prosthodont 2020;58:201-6)

Keywords: Antiinfective agents; Dental caries; Fluorides

*Corresponding Author: Kwi-Dug Yun

Department of Prosthodontics, School of Dentistry, Chonnam National University 77 Yongbong-ro, Buk-gu, Gwangju 61186, Republic of Korea

+82 (0)62 530 5631: e-mail, [email protected]

Article history: Received April 1, 2020 / Last Revision May 18, 2020 / Accepted June 22, 2020

2020 The Korean Academy of Prosthodontics

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/

licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

c cc

※This study was financially supported by Chonnam National University (Grant number: 2018-3315).

는 버에 불소를 첨가하여 치아 우식증의 치료와 함께 예방효과 도 동시에 얻을 수 있는지 그 가능성을 확인해보고자 한다. 이번 연구의 목적은 불소 이온을 함유한 치과용 버의 S. mutans에 대 한 항균력을 연구해보고자 한다.

재료 및 방법

1. 실험 시편의 제작

시편의 바인딩 재료로는 Urethane dimethacrylate (UDMA, Dong-a chemical, Yangsan, Korea)를 사용하였으며 연마재로는 White alumina oxide (100mesh/99%, Sigma-aldrich, St. Louis, MO, USA)를 사용하였다. 이 외에 성형을 위한 광경화제로는 Camphorquinone (97%, Sigma-aldrich, St. Louis, MO, USA), 반응촉진제로 Ethyl-4-(dimethylamino) benzoate (99%≤, Sig- ma-aldrich, St. Louis, MO, USA), 산화방지제로는 Butylated

hydroxytoluene (99%≤, Sigma-aldrich, St. Louis, MO, USA)을 사용하였다. 불소이온(F^-)을 방출하는 원료로는 NaF(Duksan chemical, Ansan, Korea)를 사용하였다 (Fig. 1).

불소이온(F^-) 농도 0 ppm(대조군), 300 ppm, 500 ppm, 1,000 ppm, 1,450 ppm 그룹으로 제작하였고 그룹별 5개 시편을 만들 어 비교하였다. 각 시편의 크기는 두께 2 mm, 가로, 세로 각 25 mm였다 (Table 1). Acryl-mold (Jeil Acryl, Gwangju, Korea)를 이용하여 시편을 제작하였으며 광원의 투과를 위해 투명 8 mm 를 가공하여 사용하였고 시편의 표면은 별도 처리를 하지 않았 다. 혼합은 planetary-mixer (PL-5L, Uniongiyeon, Kimpo, Ko- rea)를 사용하였다. 진공압력 0.1 bar에서 60℃의 온도로 12 시 간 동안 교반하였고 이의 원료를 가지고 광중합하여 최종시편 을 제작하였다. 광경화기 (Foshan jason medical apparatus Co, Guangdong, China)를 이용하였으며, 광원은 420 - 480 nm의 파 장을 가지고 있으며 시편 경화를 위한 조사 시간은 각 25초로 동 일하게 적용하였다 (Fig. 2).

Table 1. Ratio of raw materials in control and experimental group in 1000 g Group

ppm (F ion) Composition

1 Urethane dimethacrylate 398.5 g + White alumina oxide 598 g + Camphorquinone 1 g, EDMAB 2 g + BHT 0.5 g + NaF 0 g 300 Urethane dimethacrylate 398.5 g + White alumina oxide 598 g + Camphorquinone 1 g, EDMAB 2 g + BHT 0.5 g + NaF 0.664 g 500 Urethane dimethacrylate 398.5 g + White alumina oxide 598 g + Camphorquinone 1 g, EDMAB 2 g + BHT 0.5 g + NaF 1.106 g 1,000 Urethane dimethacrylate 398.5 g + White alumina oxide 598 g + Camphorquinone 1 g, EDMAB 2 g + BHT 0.5 g + NaF 2.211 g 1,450 Urethane dimethacrylate 398.5 g + White alumina oxide 598 g + Camphorquinone 1 g, EDMAB 2 g + BHT 0.5 g + NaF 3.205 g Urethane dimethacrylate / Dong-a chemical, Korea

White alumina oxide (-100mesh, 99%) / Sigma-aldrich, USA Camphorquinone (97%) / Sigma-aldrich, USA

EDMAB; Ethyl-4-(dimethylamino) benzoate (99%≤) / Sigma-aldrich, USA BHT; Butylated hydroxytoluene (99%≤) / Sigma-aldrich, USA

NaF - Duksan chemical, Korea

Fig. 1. (A) NaF, (B) Control and experimental specimens.

A B

2. S. mutans (Streptococcus mutans)를 이용한 평가

연마용 버에 대한 항균력을 평가하기 위하여 검체를 Strepto-

coccus mutans (S. mutans, ATCC 25175)를 이용하여 ‘JIS Z 2801

Trypticase soy broth (BD DIFCO, Franklin Lakes, NJ, USA) 에 S. mutans를 접종하고 37℃ incubator에서 24시간 배양하였 다. 배양된 S. mutans 균주액을 trypticase soy broth를 이용하여 희석하여 시험균액을 100 mm petri dish에 4 mL씩 넣고 실험군 (불소이온(F^-) 농도 300 ppm, 500 ppm, 1,000 ppm, 1,450 ppm) 과 대조군(불소이온(F^-) 농도 0 ppm)의 시편을 조심스럽게 위치

시켰다. 24시간 동안 37℃ 배양기에서 배양하였다. 24시간 동안 배양된 S. mutans 균액을 trypticase soy broth를 이용하여 실험 군은 10⁵까지, 대조군은 10¹⁰까지 희석하였다. 희석한 균액을 미 리 굳힌 trypticase soy agar에 100 µL씩 분주하여 spreader를 이 용하여 도말하였다. 도말한 아가 플레이트를 24시간 동안 37℃

에서 배양하였다. 24시간 동안 배양된 아가 플레이트에 형성된 생균의 수를 세어 비교하였다.

통계분석

통계 분석을 위해 IBM SPSS 통계 분석 프로그램(SPSS 25.0, Chicago, IL, USA)를 이용하였고, Kruskal-Wallis 분석을 시행 하였고, 사후 분석을 위해 Mann-Whitney 분석을 시행하였다.

유의확률은 0.01이었다 (α = .01).

결과

S. mutans를 이용한 항균력 평가에서는 1,450 ppm에서는 13.2

± 4.6, 1,000 ppm에서는 41.6 ± 11.7, 500 ppm에서는 111.4 ± 35.6, 300 ppm 에서는 250.8 ± 66.7, 대조근에서는 374.0 ± 12.6 의 생균수를 보였다. 이는 대조군과 300 ppm 그룹군을 제외한 모든 그룹 사이에서 통계적인 유의성을 보였다 (Fig. 3). 이는 대 조군과 비교할 때 1,450 ppm 그룹은 96.5%, 1,000 ppm 그룹은 88.9%, 500 ppm 그룹은 70.2%, 300 ppm 그룹은 33.2%의 항균 력을 보여주었다. Fig. 4는 S. mutans의 각 시편의 결과이다.

Fig. 2. Light curing device (420 - 480 nm wavelength).

Fig. 3. Bacteria counts results. * means statistically significant 450.00

400.00 350.00 300.00 250.00 200.00 150.00 100.00 50.00 0.00

Bacteria counts

0 300 500 1000 1450

Fluoride concenturation (ppm)

고찰

1890년 miller는 chemocoparasitic theory를 보고하였는데 이 는 치아 우식증 발생과정을 가장 잘 설명한다.² 구강내 미생물 이 탄수화물을 발효하여 젖산(lactic acid)를 생산하게 되고, 이 젖산이 치아의 법랑질을 녹이게 되는 것을 실험적으로 보고하였 다. 불소(F)는 플루오르(fluorine)로 불리는 할로겐 원소의 일종 으로 적량의 불소는 충치 예방에 효과가 있는 것으로 알려져 있 다. 불소의 치아 우식 예방 기전은 아직 정확히 알려져 있지 않지 만, 불소가 치아 형성기의 법랑질 구조에 흡수되어 법랑질내에 불화인회석을 형성하게 되고, 이는 세균이 만들어 낸 산에 대한 법랑질의 저항성을 높여 치아 우식증이 감소된다.^4,5 혼합치열기 의 유청소년기는 특히 광화가 완전히 이루어지지 않은 상태에서 치아가 맹출하게 되는데, 이때 법랑질 성숙과정이 진행되는 시기 에 불소가 작용하면 항우식 효과가 더욱 커진다. 치아 우식증으 로 인한 탈광화(demineralization)와 재광화(remineralization)의 과정이 반복되는 동적인 상태에서 저농도의 불소는 탈광화 되어 있는 초기 법랑질의 재광화를 촉진시킨다. 즉 치아가 산에 의해 이미 공격을 받았더라도 불소는 칼슘, 인 등의 무기질이 결합해 불화 마그네슘이나 불화칼슘으로 된 막을 형성하여 치아 표면을 보호하고, 법랑질을 강화해 충치에 대한 저항성을 갖게 되는 것 이다. 또한 불소는 치태내의 미생물의 대사를 저하시켜 치아 우 식증을 억제한다는 연구결과도 있다.² 불소 자체의 항균 효과 등 도 보고되고 있다.⁵

불소의 치아 우식 예방 효과를 나타낼 수 있는 최소 농도에 대 한 기존 연구들을 참고할 때, in vitro 실험에서 1 ppm 정도의 불

소 농도가 세균의 산 형성 능력을 감소시킨다고 보고한 연구가 있었고, 산 형성 세균의 성장 증식의 억제를 위해서는 적어도 19 혹은 20 ppm 정도의 불소 농도가 필요하다는 논문도 보고되었 다. 혹은 불소 농도 뿐만 아니라 pH가 영향을 미친다는 보고도 존재하였다.^6-8

본 연구에서는 이러한 불소(F)를 치아에 직접 도포하는 방식 이 아닌 심미수복 후 사용하는 연마용 버에 사전에 혼입시켜 제 품의 사용 중 치아 수복면에 불소가 흡착되게 함을 가정하였으 며 어느 정도의 불소이온(F^-)이 버에 혼입되었을 때 표면항균성 의 가능성을 나타낼 수 있을 것인가를 측정하였다. 불소이온(F^-) 투입량 설정에 있어서 1,500 ppm 정도의 불소 함유 치약이 직접 적으로 치태에 존재하는 세균을 사멸시킬 수 있는 정도가 아님 이 보고하고 있으나 식품의약품안전처의 불소 치약 허용기준치 1,500 ppm을 감안하여 최대 1,450 ppm까지만 함유시킴을 원칙 으로 하였다.⁹

과거 논문들을 종합할 때 S. mutans는 초기 평활면 우식증, lactobacillus종은 치면열구 우식증, actinomyces 종들은 치근 면 우식증의 원인균으로 보고되었다.^10,11 하지만 최근 모든 치 아 우식증은 S. mutans가 중요한 원인균으로 알려졌다.^12,13 S.

mutans는 외부로부터 섭취한 음식물에 포함되어 있는 sucrose나

구내 세균에 불소가 미치는 영향을 보고한 논문에 따르면 불 소는 세포내의 세포질을 산성화 시키기 때문에, 세포막에 형성되 는 정상적인 양자류(proton current)를 역류시켜 내산성을 감소 시킨다는 주장과 불소가 직접 당분해 효소를 방해하여 효소 활 성화가 억제된다는 보고가 있다. 특히, 치아 우식증의 주요한 세 Fig. 4. Antimicrobial experiment results.

0 ppm

300 ppm

500 ppm

1000 ppm

1450 ppm

균인 S. mutans는 proton translocating ATPase가 직접 장애를 받 기 때문에 불소의 이런 역할로 인해 탄수화물의 대사가 억제되 고, 세균의 성장 및 증식이 장애를 받으므로 불소가 치아 우식증 예방에 효과적인 것으로 알려져 있다.^5,15,16 따라서 본 연구에서 는 항균력을 측정하기 위해 치아 건강과 가장 밀접한 S. mutans 균을 접종 균주로 사용하고, 불소를 첨가하여 생균수를 비교 측 정하였다. 그 결과, 1,450 ppm에서는 13.2 ± 4.6, 1,000 ppm에 서는 41.6 ± 11.7, 500 ppm에서는 111.4 ± 35.6, 300 ppm 에서 는 250.8 ± 66.7, 대조근에서는 374.0 ± 12.6 의 생균수를 보였 다. 이는 대조군과 300 ppm 그룹군을 제외한 모든 그룹 사이에 서 통계적인 유의성을 보였다. 이는 치과용 버에 불소를 함유시 켜 치아 우식 예방 효과를 얻기 위해서는 적어도 500 ppm 이상 의 불소 농도를 유지해야 함을 시사한다. 가장 효과가 높은 농도 는 1,450 ppm으로 이는 96.5 % 정도의 정균력을 보여 식약처에 서 고시한 불소 함유량 이하에서 가장 효과가 좋은 것으로 나타 났다.

하지만 불소이온(F^-) 투입농도와 방출량은 다른 시각으로 접 근해야 한다. 본 연구에서는 투입농도에 따른 항균력보다는 방 출량에 따른 항균력이 더 객관적이고 정확한 측정이라고 볼 수 있다. 본 연구에서 항균력을 보인 불소이온(F^-) 1,450 ppm 시편 은 투입농도로 규정한 것이다. 불소이온(F^-) 투입농도와 방출량 의 상관 관계를 규정하고 이에 따른 항균력을 측정하는 추가적 인 연구가 필요할 것이라 사료된다. 또한 연마용 버의 접촉 시간 이나 불소의 농도, 임상 술식시 3 way syringe 등에 의한 세척등 을 더 고려하는 추가적인 실험이 필요할 것이라 생각된다. 하지 만 이번 논문을 통해 불소 이온이 첨가된 버를 이용하여 치아 연 마시 치아 우식 예방 효과를 동시에 얻을수 있다는 사실의 가능 성을 확인할 수 있었고, 보통 다회용으로 사용되는 치과용 버의 세균 감염 및 번식등도 불소 이온에 의해 억제될 것으로 생각된 다.

결론

Urethane dimethacrylate (UDMA)와 white alumina oxide를 주원료로 하는 연마용 버의 성형물에 불소이온(F^-)을 500 ppm 이상의 농도로 투입했을때, S. mutans균에 대한 항균력이 통계 적으로 유의하게 존재한다. 식약처에서 고시한 최대 허용치 이 하의 불소 농도에서는 1,450 ppm 농도에서 96.5% 의 항균력을 보였다. 이는 치과 임상에서 치아 우식증 치료를 할 때 치아 표면 을 성형하고 연마하는 과정에서 추가적인 치아 우식증을 예방할 수 있는 임상적 가능성을 확인하였다.

ORCID

Insun Jeong https://orcid.org/0000-0003-0259-7333 Ji-Hyun Kim https://orcid.org/0000-0002-2608-3022 Kwi-Dug Yun https://orcid.org/0000-0002-2965-3967

References

1. Prabhakar A, Dahake PT, Raju O, Basappa N. Fluoride: Is it worth to be added in pit and fissure sealants? Int J Clin Pedi- atr Dent 2012;5:1-5.

2. Kim JC. Protection of dental caries and fluoride. J Korean Dent Assoc 1995;33:18-21.

3. Han DH, Choi SW, Kim HD, Paik DI, Jin BH. Effect of fluo- ride varnish on fluoride ion concentration in the dental plaque.

J Korean Acad Dent Health 2007;31:126-33.

4. Aasenden R, Peebles TC. Effects of fluoride supplementation from birth on human deciduous and permanent teeth. Arch Oral Biol 1974;19:321-6.

5. Jang KT. A study on the antimicrobial effect of fluoride- releasing removable orthodontic appliances. J Korean Acad Pediatr Dent 1999;26:133-8.

6. Lilienthal B. The effect of fluroide on acid formation by sali- vary sediment. J Dent Res 1956;35:197-204.

7. Jenkins G. The effect of pH on the fluoride inhibition of sali- vary acid production. Arch Oral Biol 1959;1:33-41.

8. Thylstrup A, Fejerskov O. Textbook of clinical cariology. 2^nd ed. Blackwell Munksgaard, Copenhagen: 1994.

9. Ministry of food and drug safety. Regulation on approval and review of biological products. Registration Date 2017-04-11, Available from:https://www.mfds.go.kr/

10. Kim HK, Park HW, Shin IS, Lee JH, Seo HW. The antimicro- bial effect of horseradish (Armoracia rusticana) root extracts against Streptococcus mutans isolated from human dental plaque. J Korean Acad Pediatr Dent 2008;35:225-34.

11. Jordan HV, Keyes PH, Bellack S. Periodontal lesions in ham- sters and gnotobiotic rats infected with actinomyces of human origin. J Periodontal Res 1972;7:21-8.

12. Gibbons RJ, Nygaard M. Synthesis of insoluble dextran and its significance in the formation of gelatinous deposits by plaque-forming streptococci. Arch Oral Biol 1968;13:1249- 13. Loesche WJ. Role of Streptococcus mutans in human dental 62.

decay. Microbiol Rev 1986;50:353-80.

14. Son JL, Kim AJ, Oh SH, Bae JM. Minimum inhibitory con- centration and minimum bactericidal concentration of anti- bacterial fluoride varnish. Korean J Dent Mater 2018;45:139- 15. Bender GR, Sutton SV, Marquis RE. Acid tolerance, proton 46.

permeabilities, and membrane ATPases of oral streptococci.

Infect Immun 1986;53:331-8.

16. Dahl BL, Tronstad L. Biological tests on an experimental glass ionomer (silicopolyacrylate) cement. J Oral Rehabil 1976;3:19-24.

불소이온을 함유한 연마용 버 재료의 항균력 연구

정인선¹ 김지현² 윤귀덕²*

1 전남대학교 일반대학원 의공학협동과정, ²전남대학교 치의학전문대학원 치과보철학교실

목적: 이 연구의 목적은 충치 치료시 치아의 성형이나 연마에 사용되는 연마용 버에 불소를 첨가하여 치아 우식균의 주 원인균인 S. mutans에 대한 항 균력을 평가하고자 한다.

재료 및 방법: 이를 위해 불소를 0 ppm, 300 ppm, 500 ppm, 1,000 ppm, 1,450 ppm의 농도로 혼합하여 각 그룹당 5개씩 시편을 제작하였다. 시편 위에 S. mutans를 24시간 동안 배양하여 생균수를 기록하였다. 그 결과는 SPSS 25.0 (IBM SPSS 25.0, Chicago, IL, USA)를 이용하여 Kruskal-Wallis 분석 을 시행하였고, 사후 분석을 위해 Mann-Whitney 분석을 시행하였다.

결과: S. mutans를 이용한 항균력 평가에서는 1,450 ppm에서는 13.2 ± 4.6, 1,000 ppm에서는 41.6 ± 11.7, 500 ppm에서는 111.4 ± 35.6, 300 ppm에서 는 251.0 ± 66.7, 대조군에서는 374.0 ± 12.6의 생균수를 보였다. 이는 대조군과 300 ppm 그룹군을 제외한 모든 그룹 사이에서 통계적인 유의성을 보였다.

결론: 치과용 버 성형물에 불소이온(F^-)을 500 ppm 이상의 농도로 투입했을때, S. mutans균에 대한 항균력이 통계적으로 유의하게 존재한다. 식약처 에서 고시한 최대 허용치 이하의 불소 농도에서는 1,450 ppm 농도에서 96.5%의 항균력을 보였다. 이는 치과 임상에서 치아 우식증 치료를 할 때 치아 표면을 성형하고 연마하는 과정에서 추가적인 치아 우식증을 예방할 수 있는 임상적 가능성을 확인하였다. (대한치과보철학회지 2020;58:201-6) 주요단어: 항균제; 치아 우식; 불소

*교신저자: 윤귀덕

61186 광주 북구 용봉로 77 전남대학교 치의학전문대학원 치과보철학교실 062 530 5631: e-mail, [email protected]

원고접수일: 2020년 4월 1일 / 원고최종수정일: 2020년 5월 18일 / 원고채택일: 2020년 6월 22일

2020 대한치과보철학회

이 글은 크리에이티브 커먼즈 코리아 저작자표시-비영리 4.0 대한민국 라이선스에 따라 이용하실 수 있습니다.

c cc

※이 논문은 전남대학교 연구년교수 연구비(과제번호: 2018-3315) 지원에 의하여 연구되었음.